JPH0820070B2 - 窒素酸化物低減装置 - Google Patents

窒素酸化物低減装置

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JPH0820070B2
JPH0820070B2 JP61116178A JP11617886A JPH0820070B2 JP H0820070 B2 JPH0820070 B2 JP H0820070B2 JP 61116178 A JP61116178 A JP 61116178A JP 11617886 A JP11617886 A JP 11617886A JP H0820070 B2 JPH0820070 B2 JP H0820070B2
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博之 長谷川
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/003Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • F23N5/006Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties the detector being sensitive to oxygen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2223/00Signal processing; Details thereof
    • F23N2223/12Integration

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は火力発電所の大型ボイラ等の燃焼装置に於け
る制御装置に係り、特に窒素酸化物(NOx)を低減でき
る制御装置に関する。
〔従来の技術〕
大気汚染物質の一つである窒素酸化物を低減するため
各種の制御法、装置が提案されているが、この場合、多
くは燃焼の効率の低下防止、未燃分発生量の低減等の観
点から燃焼用空気量の調整、燃焼空気に対する排ガス等
のガス混合制御を複合的に行うことにより実施してい
る。しかし、従来の制御装置では排ガス中の窒素酸化物
の変動量や、燃焼用空気に対する排ガス混合量の変化を
積極的にフィードバックして制御を補正する方法は採用
されていない。この種の制御方法の一つとして出願人は
以前に特開昭60−171308号(特願昭59−25147号)を提
案している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
以上に示した方法は以前の方法と比較すれば良好な制
御が可能なものの、窒素酸化物量そのものを制御系にフ
ィードバックしておらず、またウインドボックスに対す
る供給空気中の酸素濃度に基づく排ガス混合比制御も組
み込まれていないため、制御が燃焼装置の負荷変化や燃
料の変化による窒素酸化物変動に対応できないという問
題がある。
即ち、窒素酸化物の検出遅れによる窒素酸化物信号の
遅れが生じ、かつ燃焼用空気の空気比及び再循環ガスの
ガス混合比を調節するための適当なフィードバックエレ
メントが無かったため、前述のような対応遅れが生じた
ものである。このため従来はバーナ燃焼域に於ける空気
比やバーナ燃焼空気に対する再循環ガスの混合比の調節
は、供給燃料量や空気量に基づく関数比例動作により、
空気ダンパやガス混合ダンパを作動させることにより行
っていた。このため燃焼装置の負荷変化時の各バーナの
点火・消化時や、主蒸気温度制御の際にオーバーフアィ
アリングやアンダフアィアリングを生じることが多く、
適切な制御を維持することが困難であった。このため燃
焼装置出口における窒素酸化物の変動が大きいという問
題がある。
また燃焼装置の負荷が安定している時でも、供給空気
量や再循環ガス量の測定誤差やこれらの気体の供給を制
御する調節機構の作動誤差、若しくは燃焼残渣の付着等
による燃焼炉の経時的な変化により目標の空気比やガス
混合比を示す数値自体が実体とずれてしまうこともあ
り、このため増々窒素酸化物排出量の制御が困難にな
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上述した問題点を除去するよう構成したもの
であり、 燃焼装置の排ガス通路に配置した窒素酸化物濃度測定
装置ならびに酸素濃度測定装置と、 前記酸素濃度測定装置による酸素濃度信号と燃焼指令
信号とにより全空気量設定値を決める全空気量設定部
と、 空気流量測定装置からの燃焼用空気量実測値により前
記全空気量設定値を補正して、全空気量制御補正信号を
出力する補正手段と、 燃料流量測定装置からの燃料流量に基づいて設定され
る空気比ならびに前記窒素酸化物濃度測定装置からの窒
素酸化物濃度により、前記全空気量制御補正信号を補正
してウインドボックス空気量設定値を演算するウインド
ボックス空気量設定手段と、 そのウインドボックス空気量設定値とウインドボック
ス空気流量実測値との偏差に基づいてウインドボックス
入口ダンパ作動装置を作動させるとともに、 前記窒素酸化物濃度測定装置からの窒素酸化物濃度に
基づいて、燃焼用空気に対する不活性ガスの混合量を調
節する不活性ガス混合作動装置を作動させるように構成
したことを特徴とする。
〔作用〕
本発明は前述のように、排ガス中の酸素濃度信号と燃
焼指令信号で全空気量設定値を決め、それを燃焼用空気
量実測値により補正して全空気量制御補正信号とし、さ
らにそれを実測の燃料流量に基づいて設定される空気比
ならびに窒素酸化物濃度により補正してウインドボック
ス空気量設定値として、ウインドボックス空気流量実測
値との偏差に基づいてウインドボックス入口ダンパを制
御するとともに、窒素酸化物濃度に基づいて燃焼用空気
に対する不活性ガスの混合量を制御している。
このように制御が実際の排ガス中の酸素濃度ならびに
窒素酸化物濃度と正確に対応し、しかもウインドボック
ス入口ダンパの制御と燃焼用空気に対する不活性ガスの
混合量制御の2つの制御を並行して行っているため、窒
素酸化物に対して適正な制御ができ、従来装置よりも更
に窒素酸化物排出量を低減することができる。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を図面を用いて具体的に説明す
る。
第3図は燃焼装置を火力発電所用大型ボイラとした制
御系統図を示す。
ボイラ3に設置したバーナに対しては制御弁16により
流量が制御された燃料が供給される。符号17は流量測定
装置であり、バーナに供給される実際の燃料量が測定さ
れる。次に送風機1により供給された燃焼用空気はその
全量が流量測定装置18により測定される。また、ウイン
ドボックス2に送られる途中でボイラ3から排出される
排ガスGが混合され、各バーナに対してそれぞれ供給さ
れる。燃焼用空気はバーナ空気流量測定装置4により各
バーナ毎若しくは所定のバーナ群毎に測定され、ウイン
ドボックス入口ダンパ5によりその流量が調節される。
この燃焼用空気に対する混合ガスは排ガス再循環用送風
機8を経て供給されるが、その流量は混合ガス量測定装
置6により測定され、かつ混合ガスダンパ7により流量
が調節された後前記燃焼用空気に混合されてウインドボ
ックス2に供給される。またアフタエアポート9に対し
ては燃焼用空気の一部が分岐して供給される。この場合
はダンパ11によりその流量が調節され、かつ流量測定装
置10により流量測定される。この空気に対してはダンパ
12により流量が制御されかつ流量測定装置13によりその
流量が測定された燃焼排ガスが混合される。節炭器出口
煙道に対しては排ガス中の酸素分圧を測定する酸素測定
装置14と窒素酸化物濃度を測定する窒素酸化物測定装置
15とが設けてある。
第1図及び第2図は上述の燃焼装置を制御する制御装
置の制御系統を示す。
図中符号Aは節炭器出口の酸素濃度制御部を、Bは全
空気量制御部を、Cはバーナ空気制御部を、Dはウイン
ドボックス内酸素濃度制御部を、Eは窒素酸化物濃度制
御部を各々示し、かつ第2図は二段燃焼用空気制御部を
示す。
先ず節炭器出口の酸素濃度制御部Aに付いて具体的に
説明する。ここで、節炭器出口の酸素濃度は以下に示す
式で明らかなように、換算NOx値に対して支配的な要素
となっており、節炭器出口酸素濃度を適切に維持するこ
とは余分なサーマルNOxの発生を低減できると共に、換
算NOx値を低下させることになる。
ここで、C:NOx換算後の濃度(ppm) On:燃料種別の酸素濃度換算値 Os:排ガス中の酸素濃度(%) Cs:NOx実測値(ppm) また前記燃料種別の酸素濃度換算値Onは以下の燃料に
於いて次の値をとる。
ガス燃料→5 固体燃料→6 液体燃料→4 以上に示すとおりであるので、従来は燃焼装置の負荷
変化中は酸素濃度修正動作は固定としていたが、本発明
の装置では負荷変化中も酸素濃度修正動作を継続するこ
ととして本発明の特徴の一つとしている。
即ち、全燃焼指令20により関数発生器21において排ガ
ス中の酸素濃度設定値をプログラムし、減算器22で測定
装置14によるボイラ出口排ガス中の酸素濃度実測値と比
較し、かつ比例積分器23で比例積分制御を行い、前記関
数発生器21によって与えられている空気量指令値を乗算
器24で補正し、全空気量設定値A1を作成する。
全空気流量制御Bは、この設定値A1と流量測定装置18
により測定した空気流量とを比較し、積算器25で積算
後、比例積分調節器26において比例積分制御を行い、全
空気量制御補正信号A2を出力する。
バーナ空気比制御部CではサーマルNOxを制御するた
めの主要な要素であるバーナ空気比の制御がおこなわれ
る。バーナに対する燃料の流量を測定する燃料流量測定
装置17及び燃焼用空気流量を測定する空気流量測定装置
4から出力される流量信号により空気量の設定を行う。
即ち関数発生器27によりバーナ空気比を設定する。この
空気比設定は、NOx制御信号によるボイラ出口NOx濃度信
号により空気比を補正して各バーナまたはバーナ群毎の
空気流量と比較され、比例積分制御によりウインドボッ
クス入口ダンパ作動装置28を調節する。なおこの場合関
数発生器27によりこのダンパ作動装置28作動の先行開度
信号プログラムを設定する。図中の34は前記関数発生器
27によって設定されたバーナ空気比によって全空気量制
御補正信号A2を補正する掛算器、35はその補正値をさら
にボイラ出口NOx濃度信号により補正してウインドボッ
クス空気量設定値を演算する掛算器、36はそのウインド
ボックス空気量設定値とバーナ空気流量測定装置4から
の空気流量実測値とを比較する比較器、37は比例積分器
である。
ここで、火炎脱硝反応や炉内脱硝反応を行うためには
不活性ガスである再循環ガス(燃焼排ガス)の適切な混
合比を維持することが必要であるが、混合ガス流量の測
定はバーナ部のうちウインドボックス配置部でおこなう
ため、流量測定に対して充分な直線距離をとることがで
きなかったり、流量エレメントに対して再循環ガス中の
ダスト成分が付着することにより測定精度が低下すると
いう問題があった。このため本発明では空気流量及び再
循環ガスの流量比率をウインドボックスの酸素濃度値に
よって管理する方式とし、ボイラ負荷発信器29からの信
号を関数発生器30に通し、さらに窒素酸化物測定装置15
からのNOx濃度実測値を掛算器38で掛けてウインドボッ
クス酸素濃度設定値を演算する。このウインドボックス
酸素濃度設定値と、ウインドボックス空気流量測定装置
AX1から求められたウインドボックス酸素濃度実測値と
が比較器39で比較され、その偏差値を比例積分器40で比
例積分して混合ガス量として設定し、この設定混合ガス
量に基づいて混合ガスダンパ作動装置31を作動すること
により調節する。
次に二段燃焼空気制御を第3図を用いて説明する。
二段燃焼空気制御は全空気流量からウインドボックス
合計空気量を差引くことにより、完全燃焼を行うために
必要な過剰空気量を設定し、この設定値をアフタエアポ
ート空気流量設定値とするよう制御することにより行わ
れる。この設定値はアフタエアポート空気流量実測値と
比較して比例積分調節器32で比例積分制御し、アフタエ
アポートダンパ作動装置33を作動させる。
窒素酸化物制御はボイラ負荷により与えられたNOx設
定値(関数発生器18でプログラム)に対して、ボイラ出
口NOx信号をフィードバックし、比例積分制御によりバ
ーナゾーン空気比及びウインドボックス酸素濃度を調節
してNOxを制御する。但しボイラ出口NOxではなく、節炭
器の上流に測定点を配置してNOx濃度を測定しても同様
に本発明を実施する事が可能である。
本発明における酸素濃度測定装置による酸素濃度信号
と燃焼指令信号とにより全空気量設定値を決める全空気
量設定部は、前記実施例では関数発生器21、減算器22、
比例積分器23、乗算器24などによって構成されている。
また空気流量測定装置からの燃焼用空気量実測値によ
り前記全空気量設定値を補正して、全空気量制御補正信
号を出力する補正手段は、前記実施例では積算器25、比
例積分調節器26などによって構成されている。
また燃料流量測定装置からの燃料流量に基づいて設定
される空気比ならびに前記窒素酸化物濃度測定装置から
の窒素酸化物濃度により、前記全空気量制御補正信号を
補正してウインドボックス空気量設定値を演算するウイ
ンドボックス空気量設定手段は、前記実施例では掛算器
34、35などによって構成されている。
〔効果〕
従来は燃焼装置出口のNOx信号に基づき燃焼に関与す
る操作量を自動的に調節する機構はなく、排煙脱硝装置
のアンモニアガス量を調節して煙突入口NOx濃度を一定
に保持するようにしていた。これに対して本発明は前述
のように、排ガス中の酸素濃度信号と燃焼指令信号で全
空気量設定値を決め、それを燃焼用空気量実測値により
補正して全空気量制御補正信号とし、さらにそれを実測
の燃料流量に基づいて設定される空気比ならびに窒素酸
化物濃度により補正してウインドボックス空気量設定値
として、ウインドボックス空気流量実測値との偏差に基
づいてウインドボックス入口ダンパを制御するととも
に、窒素酸化物濃度に基づいて燃焼用空気に対する不活
性ガスの混合量を制御している。
このように制御が実際の排ガス中の酸素濃度ならびに
窒素酸化物濃度と正確に対応し、しかもウインドボック
ス入口ダンパの制御と燃焼用空気に対する不活性ガスの
混合量制御の2つの制御を並行して行っているため、窒
素酸化物に対して適正な制御ができ、排煙脱硫装置を設
置しなくても従来装置よりも更に窒素酸化物排出量を低
減することができる。
また排煙脱硝装置を設置した場合にはアンモニア等の
還元剤の使用量を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る装置の制御系統図、第2図は二段
燃焼用空気の制御系統図、第3図は本発明に係る装置を
設置したボイラ装置の燃料及び空気制御系統図である。 2……ウインドボックス、3……ボイラ、4……バーナ
空気量測定装置、5……ウインドボックス入口ダンパ、
7……混合ガスダンパ、14……酸素測定装置、15……窒
素酸化物測定装置、17……燃料流量測定装置、18……燃
焼用空気流量測定装置、20……全燃焼指令、21……関数
発生器、22……減算器、23……比例積分器、24……乗算
器、25……積算器、26……比例積分調節器、27……関数
発生器、28……ウインドボックス入口ダンパ作動装置、
34……掛算器、35……掛算器、36……比較器、37……比
例積分器、38……掛算器、39……比較器、40……比例成
分器、A1……全空気量設定値、A2……全空気量制御補正
信号、A……節炭器出口酸素濃度制御部、B……全空気
量制御部、C……バーナ空気比制御部、D……ウインド
ボックス酸素濃度制御部、E……窒素酸化物濃度制御部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃焼装置の排ガス通路に配置した窒素酸化
    物濃度測定装置ならびに酸素濃度測定装置と、 前記酸素濃度測定装置による酸素濃度信号と燃焼指令信
    号とにより全空気量設定値を決める全空気量設定部と、 空気流量測定装置からの燃焼用空気量実測値により前記
    全空気量設定値を補正して、全空気量制御補正信号を出
    力する補正手段と、 燃料流量測定装置からの燃料流量に基づいて設定される
    空気比ならびに前記窒素酸化物濃度測定装置からの窒素
    酸化物濃度により、前記全空気量制御補正信号を補正し
    てウインドボックス空気量設定値を演算するウインドボ
    ックス空気量設定手段と、 そのウインドボックス空気量設定値とウインドボックス
    空気流量実測値との偏差に基づいてウインドボックス入
    口ダンパ作動装置を作動させるとともに、 前記窒素酸化物濃度測定装置からの窒素酸化物濃度に基
    づいて、燃焼用空気に対する不活性ガスの混合量を調節
    する不活性ガス混合作動装置を作動させるように構成し
    たことを特徴とする窒素酸化物低減装置。
JP61116178A 1986-05-22 1986-05-22 窒素酸化物低減装置 Expired - Fee Related JPH0820070B2 (ja)

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